湍流強度是描述風速隨時間和空間變化的程度，反映脈動風速的相對強度，是描述大氣湍流運動特性的最重要的特徵量。湍流產生的原因主要有兩個，一個是當氣流流動時，氣流會受到地面粗糙度的摩擦或者阻滯作用，另一個原因是由於空氣密度差異和大氣溫度差異引起的氣流垂直運動。
基本介紹
- 中文名：湍流強度
- 外文名：turbulence intensity
- 定義：描述風速隨時間和空間變化的程度
- 計算：風速的標準偏差與平均風速之比
- 套用領域：數理化學
- 相關：湍流尺度
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定義
表征湍流發展強度的量，即風速的標準偏差與平均風速之比。用同一組測量數據和規定的周期進行計算。10min湍流強度按下式計算：
σ為10min風速標準偏差(m/s)；V為10min平均風速(m/s)。
湍流強度是度量相對於風速值而波動的湍流量的大小，是決定風電機組安全等級或設計標準的重要參數之一，也足風場風資源評估的重要內容，其評估結果直接影響到風電機組的選型。
產生原因
湍流產生的原因主要有兩個，一個是當氣流流動時，氣流會受到地面粗糙度的摩擦或者阻滯作用，另一個原因是由於空氣密度差異和大氣溫度差異引起的氣流垂直運動。通常情況下，上述兩個原因往往同時導致湍流的發生。在中性大氣中，空氣會隨著自身的上升而發生絕熱冷卻，並與周圍環境溫度達到熱平衡，因此在中性大氣中，湍流強度大小完全取決於地表粗糙度情況。
根據2005版IEC 61400-1將湍流強度分為A、B、C三級，其中A級為高湍流強度，B級為中等湍流強度，C級為低湍流強度。
湍流
湍流是指在一定區域內大氣中微粒的速度方差較大的氣象目標，是大氣的一種劇烈運動形式。湍流運動極不規則、極不穩定，每一點的速度隨機地變化著。對於這種運動，把任一點的瞬時物理量用平均值和脈動值來描述。對於脈動量，脈動的頻率在每秒102~ 105，其振幅小於平均速度的10%，雖然脈動的能量很小，但對流動卻起決定性作用。
氣象目標一般都是由微粒組成，它們在各種速度上以振盪運動的形式移動。湍流目標具有很大的微粒速度極差。速度極差可理解為速度的變化範圍，變化範圍越大，氣象目標的都卜勒頻譜越寬，湍流越強烈。由於雨、雪和雲塊是由大量小的可分辨體組成的分布目標。此目標通常是指湍流雲塊中的每個可分辨體或水珠。
湍流尺度
湍流尺度與旋渦大小有關，它是以相鄰兩點的脈動速度是否有相關性為基礎來度量的。例如，設流場中y方向上相距一小段距離y的1、2兩點，它在流動方向x的脈動速度分別為u'x1、u'x2。當兩點間距足夠小而處於同一旋渦之中，則此兩脈動速度之間必存在一定聯繫而非相互獨立；反之，當1、2兩點相距甚遠，兩點的脈動速度各自獨立。兩點脈動速度的相關程度可用如下的相關係數R表示。
R值介於0~1之間，且與兩點相距有關。數值越大，兩脈動速度之間的相關性越顯著。於是，湍流尺度可定義為：
式中，y為兩測點間的距離。
